Untersuchung des Einflusses der Zylindertemperaturführung auf das Prozessverhalten von Einschneckenextrudern und Auslegung einer geeigneten Zylindertemperaturregelung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Schöppner
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282084275

Die prozessnahe Führung und damit gezielte Beeinflussung des Verhaltens von Schneckenmaschinen über die Wahl des Zylindertemperaturprofils erfordert neben einem hohen Prozessverständnis häufig ein hohes Maß an Erfahrung im Bereich der Produktverarbeitung. Dabei ist die Wahl des Temperaturprofils von großer Bedeutung für die spätere Produktqualität des zu verarbeitenden Polymers und hat zudem Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit der Anlagen. In unterschiedlichen Forschungsprojekten konnte bereits belegt werden, dass eine gezielte Anpassung des Zylindertemperaturprofils an den jeweiligen Prozess zur einer erblichen Steigerung des Ausstoßvermögens bei sonst gleichbleibenden Prozessbedingungen führen kann. Zudem besteht ein hohes Potenzial in der Verbesserung aus energetischer Sicht, denn ein unvorteilhaft eingestelltes Temperaturprofil kann dazu führen, dass sich die Aufschmelzleistung im Prozess verschlechtert und die eingebrachte Energie häufig über nachgeschaltete Kühlaggregate wieder ungenutzt abgeführt werden muss. Die Problematik nimmt weiterhin zu, wenn regelmäßig variierende Prozessparameter, unterschiedliche Materialien und Schneckengeometrien in der Verarbeitung zur Anwendung kommen, sodass eine fortlaufende Anpassung der Heizzonentemperierung erforderlich ist. Ziel dieses Forschungsprojektes soll es sein, Untersuchungen auf dem Gebiet der Zylindertemperaturführung durchzuführen, wobei Einfluss- und Stellgrößen im Prozess identifiziert werden sollen, aus denen sich Optimierungsstrategien ableiten und für die Praxis regelseitig auslegen lassen. Das im Rahmen des Forschungsantrages zu bestimmende Regelsystem wird dabei als eigenständiges Expertensystem angenommen, in welches sich neben voreingestellten Verhaltensregeln die experimentell ermittelten Modellgesetze aus den vorrangegangenen Prozesspunkten einspeisen lassen.Grundsätzlich soll die regelungstechnische Abbildung des Gesamtsystems durch die Abstraktion des Extrusionsprozesses auf eine Modellebene erfolgen. Durch die Einteilung in Teilprozesse und der wechselseitigen Betrachtung der Teilprozesse untereinander, lässt sich der Zusammenhang zwischen thermischen, rheologischen und aktuatorischen Prozessgrößen modellgerecht abbilden. Dabei wird zusätzlich angestrebt, Wärmeübertragungseffekte, welche durch Wärmeleitung in Schnecke und Zylinder aber auch wechselseitig durch Konvektion mit der Schmelze stattfinden, mit einzubeziehen. Durch die Kopplung an die bereits entwickelten Modelle zur Beschreibung der Temperaturverläufe in Schneckenmaschinen lässt sich so letztlich die Vorhersagbarkeit von Plastifizierprozessen verbessern.Am Ende des Forschungsvorhabens soll die Implementierung der Regelung in ein vorhandenes System stehen, an welchem zahlreiche Untersuchungen zur Validierung der genannten Modellansätze geplant sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen